高濃度黏稠固體廢棄物， 是指工業(yè)生產(chǎn)及市政污水處理過程中產(chǎn)生的含固量高、粘度大、顆粒細(xì)的固-液兩相廢棄物或副產(chǎn)品， 由于其常溫常壓下流動性較差， 在高壓管道輸送時為“ 不沉降似均質(zhì)濃密膏體” ， 因此亦稱濃密膏體。包括煤炭行業(yè)的煤泥、給排水行業(yè)的脫水污泥、制造行業(yè)的工業(yè)污泥、石化行業(yè)的油渣和油泥等， 涉及二十余個行業(yè)。就上述濃密膏體而言， 目前較常用的無害化、資源化處置方式有焚燒、燃燒發(fā)電、土地資源化利用以及填埋等。無論采用哪種無害化、資源化處置方法， 輸送均為必不可少的環(huán)節(jié)， 新發(fā)展的輸送工藝技術(shù)為管道輸送。不管在工業(yè)現(xiàn)場還是實驗室管道輸送時， 流量均是關(guān)鍵參數(shù)， 其大小決定了管道輸送的效率。

濃密膏體管道輸送的流量測試是一個尚待解決的難題， 管道輸送實驗中一般采用稱重法測量， 但該方法測試步驟繁瑣。而熱水流量計的測量不因流體密度、粘度、溫度、壓力、電導(dǎo)率和雷諾數(shù)變化， 沒有阻流件， 也不會在高流速情況下產(chǎn)生氣蝕， 近年來在流體流量測試中被廣泛應(yīng)用。隨著熱水流量計的發(fā)展， 現(xiàn)已可測量電導(dǎo)率閾值更低的液體， 而當(dāng)濃密膏體濃度較高時不可行， 其原因現(xiàn)有文獻中尚沒有準(zhǔn)確的解釋， 筆者推測這可能與其濃度過大時電導(dǎo)率太低有關(guān)。本實驗先使用熱水流量計測量一定電導(dǎo)率范圍的煤泥在管道輸送時的流量， 并與稱重法測量結(jié)果相對比， 得到煤泥在管道輸送時電導(dǎo)率及濃度的閾值， 為今后熱水流量計應(yīng)用于其它濃密膏體管道輸送的流量測量提供依據(jù)， 對其現(xiàn)場應(yīng)用也具有很重要的指導(dǎo)意義。

1、測試原理及實驗步驟

1 .1 　熱水流量計原理

本文選用不同質(zhì)量濃度的煤泥在裝有熱水流量計的液壓與流變試驗臺上（實驗原理如圖1）進行管道輸送實驗。熱水流量計根據(jù)電磁感應(yīng)原理測量流過管道中導(dǎo)電流體的流量， 故使用熱水流量計的前提是被測流體必須導(dǎo)電， 且電導(dǎo)率不能低于閾值（即下限值）。通用型熱水流量計的閾值在（5 ×10-6）S/cm ～10-4 S/cm 之間， 若電導(dǎo)率低于閾值會產(chǎn)生誤差甚至不能測量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理（如圖2）， 當(dāng)導(dǎo)電流體在磁場強度為B 的磁場中切割磁力線時， 在線形長度為L 的a 和b 兩點之間會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢， 為

兩接收電極之間的距離L 為已知常數(shù)， B 為已知的磁場強度， 故εab是單調(diào)函數(shù)， 隨υ的變化而變化。而瞬時流量Q 等于流速υ與導(dǎo)管截面積S （常數(shù)）的乘積， 故有Q=K×εab ，

式中：K 為儀器常數(shù)。因此， 只要測得εab ， 即可求得對應(yīng)的流量Q.

1 .2 　煤泥電導(dǎo)率測試原理及方法

在定制的圓柱狀絕緣料筒中裝入煤泥， 利用參比電阻法測量不同質(zhì)量濃度下煤泥的電阻率。首先分別測出定值電阻R 的兩端電壓U0和絕緣料筒兩端的電壓U 。由式（3）求得該長度管道內(nèi)煤泥的電阻， 并代入式（4）求得煤泥的電阻率， 再由k =1/ ρ求得煤泥的電導(dǎo)率， 即

式中：ρ為電阻率;U 為裝有煤泥的圓柱狀絕緣料筒兩端電壓;U0為定值電阻兩端的電壓;A 為橫截面積;L 為兩電極之間的距離。

采用四相電極參比電阻法測量煤泥電阻率， 設(shè)計實驗電路如圖3 所示。實驗步驟如下：①首先測量絕緣料筒內(nèi)徑及長度。用游標(biāo)卡尺多次從不同角度測量絕緣料筒的內(nèi)徑及長度并記錄， 分別取平均值。②測量室內(nèi)溫度并記錄。③取適量煤泥加入一定的水， 充分?jǐn)嚢瑁?用含水率儀測量含水率并記錄， 使含水率為32 %左右， 將配好的煤泥裝入絕緣料筒中， 然后接通

實驗電路。④利用萬用表分別測量500 Ψ電阻兩端和絕緣料筒兩端的電壓， 待電壓穩(wěn)定后讀數(shù)并記錄。⑤分別改變電源電壓和煤泥含水率， 重復(fù)上述實驗步驟。

2、實驗數(shù)據(jù)及分析

2 .1 　煤泥電導(dǎo)率實驗數(shù)據(jù)及分析

根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)， 以煤泥的質(zhì)量濃度作橫坐標(biāo)， 相應(yīng)質(zhì)量濃度煤泥的電導(dǎo)率作縱坐標(biāo)， 繪出煤泥電導(dǎo)率與其質(zhì)量濃度的關(guān)系圖（如圖4）。再以電壓為橫坐標(biāo)， 相應(yīng)電壓下煤泥的電導(dǎo)率為縱坐標(biāo)， 繪出電壓與電導(dǎo)率的關(guān)系圖（如圖5）。

圖4 的電導(dǎo)率變化曲線表明， 隨著煤泥質(zhì)量濃度的增大， 其電導(dǎo)率逐漸降低， 并在質(zhì)量濃度為66 %時相交于一點;圖5 的電導(dǎo)率變化曲線表明， 隨著電壓的增大， 電導(dǎo)率有逐漸增大趨勢。分析圖4 與圖5可得到以下結(jié)論：①圖4 曲線整體呈下降趨勢， 說明電導(dǎo)率隨著煤泥質(zhì)量濃度的增大而減小。當(dāng)質(zhì)量濃度低于63 %時， 不同電壓下電導(dǎo)率隨質(zhì)量濃度變化基本成平行關(guān)系， 說明電導(dǎo)率與質(zhì)量濃度和電壓成一定的線性關(guān)系;當(dāng)質(zhì)量濃度為63 %～ 66 %時， 電導(dǎo)率與質(zhì)量濃度成一定線性關(guān)系， 而與電壓不成線性關(guān)系， 仍有一定的下降梯度;當(dāng)質(zhì)量濃度大于66 %時， 電導(dǎo)率隨其增加顯著下降， 但是曲線較為復(fù)雜， 不易判斷其相互關(guān)系， 將用稱重法進行相應(yīng)的驗證。②圖5 曲線整體呈上升趨勢， 說明電導(dǎo)率隨電壓的增

大而增大。相比電導(dǎo)率隨質(zhì)量濃度的變化， 其增大幅度較小。當(dāng)質(zhì)量濃度由61 .38 %上升到63 .20 %即增大了1 .82 %時， 電導(dǎo)率增大了0 .03 mS/cm ， 而當(dāng)質(zhì)量濃度由63 .20 %增大到66 .25 %即增大了3 .05 %時， 電導(dǎo)率卻增加了不到0 .01 mS/cm.說明質(zhì)量濃度低于63 .20 %時， 電導(dǎo)率變化較明顯;當(dāng)質(zhì)量濃度為66 .25 %時， 電導(dǎo)率為恒定值0 .033 mS/cm 。

2.2　熱水流量計實驗數(shù)據(jù)及分析

首先分析熱水流量計流速數(shù)據(jù)的重復(fù)性。圖6 是當(dāng)管內(nèi)流速為0 .1 m/s （即濃密膏體輸送流速下限）時， 熱水流量計測量由大到小的3 種質(zhì)量濃度分別為73 %， 69 %， 63 %的煤泥的實時數(shù)據(jù)曲線。由圖可見濃度較高時熱水流量計難以測出穩(wěn)定的流速數(shù)值， 而當(dāng)濃度較低且煤泥流動性非常好時測量數(shù)值較為穩(wěn)定。圖7 是質(zhì)量濃度為63 %時熱水流量計的3 次測試曲線， 可見其重復(fù)性良好， 故測量結(jié)果可信。相比較煤泥電導(dǎo)率的測試結(jié)果， 可以看出當(dāng)質(zhì)量濃度低于63 %時， 電導(dǎo)率較大， 且不同質(zhì)量濃度下電導(dǎo)率變化穩(wěn)定。故推測當(dāng)質(zhì)量濃度低于63 %， 電導(dǎo)率高于0 .035 mS/cm 時， 熱水流量計應(yīng)用于煤泥管道輸送時數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較高。

其次提取熱水流量計的流速數(shù)據(jù)換算并積分后與稱重質(zhì)量進行對比， 分析其數(shù)據(jù)誤差， 結(jié)果如表1 。

可以通過熱水流量計積分后的總流量與稱重數(shù)據(jù)的吻合程度來分析， 若二者吻合較好則說明熱水流量計在線測量數(shù)據(jù)顯示雖然可能受到氣泡的影響， 但是總流量可以準(zhǔn)確測量;若二者相差較大， 則說明熱水流量計不適合對較高質(zhì)量濃度煤泥進行測量。從表1 可以看出熱水流量計在質(zhì)量濃度為69 %， 73 %時誤差較大， 故測量不準(zhǔn)確;在質(zhì)量濃度為63 %時測量誤差較小， 說明其測量較準(zhǔn)確。該對比實驗與之前的重復(fù)性分析相符， 說明用質(zhì)量濃度及電導(dǎo)率來評價熱水流量計測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有一定的可行性。

本文通過對煤泥的電導(dǎo)率及熱水流量計管道輸送流量的測量， 得出以下結(jié)論：

1）煤泥的電導(dǎo)率數(shù)值隨其質(zhì)量濃度的降低而增大， 并且在一定范圍內(nèi)隨質(zhì)量濃度的變化效果更明顯。且熱水流量計不適合較高質(zhì)量濃度煤泥管道流量的測量， 但在較低濃度測量時重復(fù)性良好， 測量結(jié)果準(zhǔn)確可信， 且濃度越低， 測量效果越好。

2）熱水流量計在濃密膏體管道流量測量中能否應(yīng)用與其電導(dǎo)率及濃度有關(guān)系。電導(dǎo)率越大， 熱水流量計測量效果越好。應(yīng)用于煤泥時， 得出當(dāng)質(zhì)量濃度上限值為63 %， 電導(dǎo)率下限值為0 .035 mS/cm 時，熱水流量計可用于測其流量。

3）通過對煤泥的研究， 可以推測當(dāng)熱水流量計應(yīng)用于赤泥、電石泥、污泥等其它濃密膏體的管道輸送時， 也應(yīng)有相應(yīng)的濃度及電導(dǎo)率閾值， 其數(shù)值可通過試驗獲得.